JP5736718B2 - 感放射線性樹脂組成物、硬化膜及びその形成方法 - Google Patents
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Description
[A](A1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1種と、(A2)エポキシ基含有不飽和化合物とを共重合してなるアルカリ可溶性樹脂(以下、「[A]アルカリ可溶性樹脂」と称することがある)、
[B]キノンジアジド化合物、並びに
[C]下記式(1)で表される化合物、下記式(2)で表される化合物、3級アミン化合物、アミン塩、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物、ケチミン化合物、ブロックイソシアネート化合物、イミダゾール環含有化合物及び包接化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤(以下、「[C]硬化剤」と称することがある)
を含有する感放射線性樹脂組成物である。
式(2)中、R7〜R16は、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R7〜R16のうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。Aは、単結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルメチレン基、スルフィニル基、スルホニル基、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。但し、上記メチレン基及びアルキレン基は、水素原子の全部又は一部がシアノ基、ハロゲン原子又はフルオロアルキル基で置換されていてもよい。)
(1)当該感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を焼成する工程
を有する。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]アルカリ可溶性樹脂、[B]キノンジアジド化合物及び[C]硬化剤を含有する。また、本発明の効果を損なわない限り任意成分を含有してもよい。以下、各成分を詳述する。
[A]アルカリ可溶性樹脂は、(A1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1種の単量体(以下、「(A1)化合物」と称することがある)と、(A2)エポキシ基含有不飽和化合物(以下、「(A2)化合物」と称することがある)とを共重合してなるアルカリ可溶性樹脂である。
(A1)化合物としては、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の無水物、多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステル、両末端にカルボキシル基と水酸基とを有するポリマーのモノ(メタ)アクリレート、カルボキシル基を有する不飽和多環式化合物及びその無水物等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等;
不飽和ジカルボン酸の無水物としては、例えば上記ジカルボン酸として例示した化合物の無水物等;
多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステルとしては、例えばコハク酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕等;
両末端にカルボキシル基と水酸基とを有するポリマーのモノ(メタ)アクリレートとしては、例えばω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等;
カルボキシル基を有する不飽和多環式化合物及びその無水物としては、例えば5−カルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン無水物等が挙げられる。
(A2)化合物はエポキシ基含有不飽和化合物である。エポキシ基としては、オキシラニル基(1,2−エポキシ構造)、オキセタニル基(1,3−エポキシ構造)が挙げられる。
3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン等のアクリル酸エステル;
3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。これらの(A2)化合物は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
(A3)化合物としては、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル、下記式(3)で表されるフェノール性水酸基含有不飽和化合物等が挙げられる。
(A4)化合物は、上記の(A1)化合物、(A2)化合物及び(A3)化合物以外の不飽和化合物であれば特に制限されるものではない。(A4)化合物としては、例えばメタクリル酸鎖状アルキルエステル、メタクリル酸環状アルキルエステル、アクリル酸鎖状アルキルエステル、アクリル酸環状アルキルエステル、メタクリル酸アリールエステル、アクリル酸アリールエステル、不飽和ジカルボン酸ジエステル、ビシクロ不飽和化合物、マレイミド化合物、不飽和芳香族化合物、共役ジエン、テトラヒドロフラン骨格、フラン骨格、テトラヒドロピラン骨格、ピラン骨格、下記式(4)で表される骨格を含む不飽和化合物及びその他の不飽和化合物等が挙げられる。
[A]アルカリ可溶性樹脂は、例えば溶媒中で重合開始剤の存在下、上記(A1)化合物並びに(A2)化合物(任意の(A3)化合物及び(A4)化合物)とを共重合することによって製造できる。
グリコールエーテルとしては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等;
エチレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、例えばエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等;
ジエチレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等;
ジエチレングリコールジアルキルエーテルとしては、例えばジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等;
ジプロピレングリコールジアルキルエーテルとしては、例えばジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルメチルエーテル等;
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えばプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル等;
プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテートとしては、例えばプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等;
プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネートとしては、例えばプロピレングリコールメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールプロピルエーテルプロピオネート等;
ケトンとしては、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、メチルイソアミルケトン等;
エステルとしては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸3−メトキシブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸ブチル、2−ブトキシプロピオン酸メチル、2−ブトキシプロピオン酸エチル、2−ブトキシプロピオン酸プロピル、2−ブトキシプロピオン酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸プロピル、3−エトキシプロピオン酸ブチル、3−プロポキシプロピオン酸メチル等が挙げられる。
装置:GPC−101(昭和電工社)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803及びGPC−KF−804を結合
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
本発明の感放射線性樹脂組成物に用いられる[B]キノンジアジド化合物は、放射線の照射によりカルボン酸を発生する1,2−キノンジアジド化合物である。1,2−キノンジアジド化合物としては、フェノール性化合物又はアルコール性化合物(以下、「母核」と称する)と1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとの縮合物を用いることができる。
テトラヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,3’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,2’−テトラヒドロキシ−4’−メチルベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシ−3’−メトキシベンゾフェノン等;
ペンタヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,3,4,2’,6’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン等;
ヘキサヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,4,6,3’,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、3,4,5,3’,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン等;
(ポリヒドロキシフェニル)アルカンとしては、例えばビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、トリス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−トリス(p−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3−トリス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルプロパン、4,4’−〔1−〔4−〔1−〔4−ヒドロキシフェニル〕−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール、ビス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインデン−5,6,7,5’,6’,7’−ヘキサノール、2,2,4−トリメチル−7,2’,4’−トリヒドロキシフラバン等;
その他の母核としては、例えば2−メチル−2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−4−(4−ヒドロキシフェニル)−7−ヒドロキシクロマン、1−[1−(3−{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−4,6−ジヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]−3−(1−(3−{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−4,6−ジヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、4,6−ビス{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−1,3−ジヒドロキシベンゼン等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物が含有する[C]硬化剤は、上記式(1)で表される化合物、上記式(2)で表される化合物、3級アミン化合物、アミン塩、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物、ケチミン化合物、ブロックイソシアネート化合物、イミダゾール環含有化合物及び包接化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である。当該感放射線性樹脂組成物が、上記特定化合物から選択される[C]硬化剤を含有することで保存安定性と低温焼成とを両立することができる。以下、各化合物を詳述する。
[C]硬化剤は、上記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。[C]硬化剤として、アミノ基と電子欠乏基とを有する上記特定化合物を選択することで当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性と低温焼成をより高いレベルで両立でき、さらに得られた硬化膜の比誘電率等をより向上できる。
上記式(2)中、R7〜R16は、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R7〜R16のうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。Aは、単結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルメチレン基、スルフィニル基、スルホニル基、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。但し、上記メチレン基及びアルキレン基は、水素原子の全部又は一部がシアノ基、ハロゲン原子又はフルオロアルキル基で置換されていてもよい。
2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,3−ビス(4−アミノフェニル)スクシノニトリル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノフェニルベンゾエート、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,4−ジアミノ−2−クロロベンゼン、1,4−ジアミノ−2−ブロモベンゼン、1,4−ジアミノ−2−ヨードベンゼン、1,4−ジアミノ−2−ニトロベンゼン、1,4−ジアミノ−2−トリフルオロメチルベンゼン、2,5−ジアミノベンゾニトリル、2,5−ジアミノアセトフェノン、2,5−ジアミノ安息香酸、2,2’−ジクロロベンジジン、2,2’−ジブロモベンジジン、2,2’−ジヨードベンジジン、2,2’−ジニトロベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3−アミノベンゼンスルホン酸エチル、3,5−ビストリフルオロメチル−1,2−ジアミノベンゼン、4−アミノニトロベンゼン、N,N−ジメチル−4−ニトロアニリンが好ましく、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3−アミノベンゼンスルホン酸エチル、3,5−ビストリフルオロメチル−1,2−ジアミノベンゼン、4−アミノニトロベンゼン、N,N−ジメチル−4−ニトロアニリンがより好ましい。
反応性の高い一般的な1級アミン化合物や2級アミン化合物をエポキシ化合物と共存させると、組成物溶液の保存中にアミンのエポキシ基への求核攻撃により硬化反応が進行し、製品としての品質を損なうおそれがある。しかし、3級アミンを使用した場合は、比較的反応性が低いことに起因してか組成部中ではエポキシ化合物と共存させても保存安定性は良好となる。
アミン塩及びホスホニウム塩としては、下記式(6)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
アミジン塩としては、下記式(7)で表される化合物の塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;
ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、3−ヒドロキシ−t−ブチル基、6−ヒドロキシヘキシル基等の炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基;
ジメチルアミノ基、メチルエチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、t−ブチルメチルアミノ基、ジn−ヘキシルアミノ基等の炭素数2〜12のジアルキルアミノ基等が挙げられる。
カルボン酸としては、例えば
ギ酸、酢酸、2−エチルヘキサン酸、イソ吉草酸等の飽和脂肪酸;
アクリル酸、クロトン酸、メタクリル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、バクセン酸、エレオステアリン酸、アラキドン酸、ケイ皮酸、ナフトエ酸、安息香酸、トルイル酸等の不飽和カルボン酸;
クロロ酢酸、シアノ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリメチル酢酸、フルオロ酢酸、ブロモ酢酸、メトキシ酢酸、メルカプト酢酸、ヨード酢酸、ビニル酢酸、オキサロ酢酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸等のα置換酢酸;
蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アラゼイン酸、スベリン酸、セバシン酸等のジカルボン酸;
グリコール酸、乳酸、クエン酸、d−酒石酸、メソ酒石酸、アスコルビン酸、マンデル酸等のヒドロキシカルボン酸;
ピルビン酸、レブリン酸等のケトカルボン酸;
2−クロロプロピオン酸、3−クロロプロピオン酸等のハロカルボン酸が挙げられる。
芳香族ヒドロキシ化合物としては、例えばフェノール、クレゾール、カテコール、ナフトール等が挙げられる。
スルホン酸としては、例えばオクチルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸等が挙げられる。
塩酸、フッ化水素酸、臭素酸等のハロゲン酸;
炭酸;及び
過塩素酸、過臭素酸等の過ハロゲン化水素酸等が挙げられる。
アミド化合物としては、下記式(8)〜(10)で表されるアミド基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
上記式(9)中、R33及びR34は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又はシクロヘキシル基である。A2は、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、又はビニレン基である。但し、上記メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基及びナフチレン基は、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
上記式(10)中、R35及びR36は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又はシクロヘキシル基である。A3は、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、又はビニレン基である。但し、上記メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基及びナフチレン基は、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ケチミン化合物は、ケトンとアミンとの反応により得ることができる。
ブロックポリイソシアネート化合物は、イソシアネート基を活性水素基含有化合物(ブロック剤)と反応させて常温で不活性としたものであり、これを加熱するとブロック剤が解離してイソシアネート基が再生されるという性質を持つものである。当該感放射線性樹脂組成物がブロックポリイソシアネートを含有することで、効果的な架橋剤としてイソシアネート−水酸基架橋反応が進行し、当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性と低温焼成とを高いレベルで両立できる。
イソシアネート基をメチルエチルケトンのオキシムでブロックしたものとして、デュラネートTPA−B80E、TPA−B80X、E402−B80T、MF−B60XN、MF−B60X、MF−B80M(以上、旭化成ケミカルズ社);
イソシアネート基を活性メチレンでブロックしたものとして、デュラネートMF−K60X(旭化成工業社);
(メタ)アクリロイル基を有するイソシアネート化合物のブロック体として、カレンズMOI−BP、カレンズMOI−BM(以上、昭和電工社)が挙げられる。これらのうち、デュラネートE402−B80T、MF−K60Xを用いた場合に高いフレキシブル性が発現し、他との混合系にして使用する事で、自在にその硬さを制御する事ができるため好ましい。
フェノール系化合物としては、例えばフェノール、クレゾール、エチルフェノール、ブチルフェノール、ノニルフェノール、ジノニルフェノール、スチレン化フェノール、ヒドロキシ安息香酸エステル等;
活性メチレン系化合物としては、例えばマロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等;
メルカプタン系化合物としては例えばブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等;
酸アミド系化合物としては、例えばアセトアニリド、酢酸アミド、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等;
酸イミド系化合物としては、例えばコハク酸イミド、マレイン酸イミド等;
イミダゾール系化合物としては、例えばイミダゾール、2−メチルイミダゾール等;
ピラゾール系化合物としては、例えば3−メチルピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3,5−エチルピラゾール等;
尿素系化合物としては、例えば尿素、チオ尿素、エチレン尿素等;
オキシム系化合物としては、例えばホルムアルドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシム等;
アミン系化合物としては、例えばジフェニルアミン、アニリン、カルバゾール等;
イミン系化合物としては、例えばエチレンイミン、ポリエチレンイミン等
ピリジン系化合物としては、例えば2−ヒドロキシピリジン、2−ヒドロキシキノリン等が挙げられる。
イミダゾール環含有化合物としては、下記式(15)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基等の炭素数1〜20のアルキル基;
シクロペンチル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数3〜20のシクロアルキル基;
フェニル基、トルイル基、ベンジル基、メチルベンジル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基等の炭素数6〜20のアリール基;
ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アダマンチル基、メチルアダマンチル基、エチルアダマンチル基、ブチルアダマンチル基等の炭素数6〜20の有橋脂環式炭化水素基等が挙げられる。
水酸基;
カルボキシル基;
ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等の炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基;
メトキシル基、エトキシル基、n−プロポキシル基、i−プロポキシル基、n−ブトキシル基、2−メチルプロポキシル基、1−メチルプロポキシル基、t−ブトキシル基等の炭素数1〜4のアルコキシル基;
シアノ基;
シアノメチル基、2−シアノエチル基、3−シアノプロピル基、4−シアノブチル基等の炭素数2〜5のシアノアルキル基;
メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等の炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基;
メトキシカルボニルメトキシル基、エトキシカルボニルメトキシル基、t−ブトキシカルボニルメトキシル基等の炭素数3〜6のアルコキシカルボニルアルコキシル基;
フッ素、塩素等のハロゲン原子;
フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基等のフルオロアルキル基等が挙げられる。
本明細書にいう「包接化合物」とは、下記式(17)で表されるテトラキスフェノール系化合物、又は式(18)で表されるジカルボン酸系化合物にイミダゾール化合物又はベンズイミダゾール化合物が包接された化合物をいう。
上記式(18)中、R67は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、ニトロ基又は水酸基である。
2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等の炭素数1〜6の置換基を1個有するイミダゾール化合物;
2−エチル−4−メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール等の炭素数1〜6の置換基を2個有するイミダゾール化合物等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物は、上記の[A]アルカリ可溶性樹脂、[B]キノンジアジド化合物、[C]硬化剤に加え、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じて界面活性剤、接着助剤、耐熱性向上剤、感熱性酸発生剤等の任意成分を含有できる。これらの任意成分は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。以下、各成分を詳述する。
界面活性剤は、感放射線性樹脂組成物の被膜形成性をより向上させるために使用できる。界面活性剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びその他の界面活性剤が挙げられる。
接着助剤は、得られるパターンと基板との接着性をさらに向上させるために使用できる。接着助剤としてはカルボキシル基、メタクリロイル基、ビニル基、イソシアネート基、オキシラニル基等の反応性官能基を有する官能性シランカップリング剤が好ましく、例えばトリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。
耐熱性向上剤としては、例えばN−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物、N−(アルコキシメチル)メラミン化合物等が挙げられる。
感熱性酸発生剤は、熱をかけることによって[A]アルカリ可溶性樹脂を硬化させる際の触媒として作用する酸性活性物質を放出することができる化合物と定義される。このような感熱性酸発生剤を用いることによって、感放射線性組成物の現像後の加熱工程における[A]アルカリ可溶性樹脂の硬化反応をより促進し、表面硬度及び耐熱性に優れた硬化膜を形成することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]アルカリ可溶性樹脂、[B]キノンジアジド化合物、[C]硬化剤及び必要に応じて任意成分を均一に混合することによって調製される。この感放射線性樹脂組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状で用いられる。
メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、ジアセトンアルコール(4−ヒドロキシ−4−メチルペンタン−2−オン)、4−ヒドロキシ−4−メチルヘキサン−2−オン等のケトン類;
プロピレングリコールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート等のジアセテート類;
乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;
酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、ぎ酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、プロピオン酸n−ブチル、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸i−プロピル、酪酸n−ブチル、ヒドロキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、2−オキソ酪酸エチル等の他のエステル類;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物は、低温焼成と保存安定性とを両立し、かつ高い放射線感度を有し、フレキシブルディスプレイ用として好適な、表面硬度、耐溶媒性及び比誘電率に優れる層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜を形成することができる。
(1)当該感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を焼成する工程
を有する。
本工程では、当該感放射線性樹脂組成物の溶液を基板表面に塗布し、好ましくはプレベークを行うことにより溶媒を除去して、感放射線性樹脂組成物の塗膜を形成する。使用できる基板の種類としては、例えば、ガラス基板、シリコンウエハー、プラスチック基板、及びこれらの表面に各種金属が形成された基板を挙げることができる。上記プラスチック基板としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミドなどのプラスチックからなる樹脂基板が挙げられる。
本工程では、(1)工程で形成した塗膜に所定のパターンを有するマスクを介して、放射線を照射する。このとき用いられる放射線としては、例えば紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等が挙げられる。
本工程では、(2)工程で放射線を照射した塗膜に対して現像を行って、放射線の照射部分を除去し、所望のパターンを形成することができる。現像処理に用いられる現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジエチルアミノエタノール、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ〔4,3,0〕−5−ノナン等のアルカリ(塩基性化合物)の水溶液を用いることができる。また、上記のアルカリの水溶液にメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加した水溶液、又は感放射線性樹脂組成物を溶解する各種有機溶媒を少量含むアルカリ水溶液を、現像液として使用することができる。さらに、現像方法としては、例えば、液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法、シャワー法等の適宜の方法を利用することができる。現像時間は、感放射線性樹脂組成物の組成によって異なるが、例えば30秒〜120秒とすることができる。
この現像工程の後に、パターニングされた塗膜に対して流水洗浄によるリンス処理を行い、続いて、高圧水銀灯などによる放射線を全面に照射(後露光)することにより、塗膜中に残存する[B]キノンジアジド化合物の分解処理を行うことが好ましい。
本工程では、(3)工程で現像された塗膜を焼成するホットプレート、オーブン等の加熱装置を用いて、この塗膜を加熱・焼成処理(ポストベーク処理)することによって塗膜の硬化を行う。上記の後露光における露光量は、好ましくは2,000J/m2〜5,000J/m2程度である。また、本工程における焼成温度は、200℃以下であることが好ましい。感放射線性を利用した微細なパターン形成能に加えて、このように低い温度での焼成が可能であることにより、当該形成方法はフレキシブルディスプレイのプラスチック基板上における層間絶縁膜等の硬化膜形成に好適に用いられる。焼成温度としては、120℃〜180℃がより好ましく、120℃〜150℃が特に好ましい。焼成時間としては、加熱機器の種類により異なるが、例えばホットプレート上で加熱処理を行う場合には5分〜40分、オーブン中で加熱処理を行う場合には30分〜80分とすることができ、特に好ましくは、ホットプレート上で加熱処理を行う場合には30分間以内、オーブン中で加熱処理を行う場合には60分間以内である。このようにして、目的とする層間絶縁膜等の硬化膜に対応するパターン状塗膜を基板の表面上に形成することができる。
[合成例1]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続き、(A1)化合物としてメタクリル酸16質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸グリシジル40質量部、(A4)化合物としてスチレン10質量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル14質量部、2−メチルシクロヘキシルアクリレート20質量部を仕込み、窒素置換し、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を4時間保持して重合することにより共重合体(A−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は34.4%であり、共重合体(A−1)のMwは、8,000、分子量分布(Mw/Mn)は2.3であった。
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続き、(A1)化合物としてメタクリル酸13質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸グリシジル40質量部、(A3)化合物としてα−メチル−p−ヒドロキシスチレン10質量部、(A4)化合物としてスチレン10質量部、テトラヒドロフルフリルメタクリレート12質量部、N−シクロヘキシルマレイミド15質量部及びn−ラウリルメタクリレート10質量部を仕込み、窒素置換したのち、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−2)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は31.9%であり、共重合体(A−2)のMwは、8,000、分子量分布(Mw/Mn)は2.3であった。
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、AIBN5質量部及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート220質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸アリル80質量部、(A1)化合物としてメタクリル酸20質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(CA−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は31.0%であり、共重合体(CA−1)のMwは、10,000、分子量分布(Mw/Mn)は2.3であった。
[実施例1]
共重合体(A−1)を含有する溶液を共重合体100質量部(固形分)に相当する量、[B]キノンジアジド化合物として、(B−1)30質量部、及び(C−1)0.5質量部を添加し、さらに固形分濃度が30質量%となるように溶媒としてジエチレングリコールメチルエチルエーテルを添加した後、孔径0.2μmのメンブランフィルタで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物を調製した。
表1に示す種類、配合量の各成分を混合し、固形分濃度が30質量%となるように溶媒としてジエチレングリコールエチルメチルエーテルを加えた後、孔径0.2μmのメンブランフィルタで濾過することにより、各感放射線性樹脂組成物を調製した。なお、欄中の「−」は該当する成分を使用しなかったことを表す。
<[B]キノンジアジド化合物>
B−1:4,4’−〔1−〔4−〔1−〔4−ヒドロキシフェニル〕−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール(1.0モル)と1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリド(2.0モル)との縮合物
B−2:1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタンと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリド(2.0モル)との縮合物
C−1:トリオクチルアミン
C−2:2−フェニルベンズイミダゾール
C−3:塩化テトラメチルアンモニウム
C−4:ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート
C−5:1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−ウンデセン−7(DBU)のトルエンスルホン酸塩
C−6:N,N’−ジアセチル−p−フェニレンジアミン
C−7:N,N−ビス(1,3−ジメチルブチリデン)キシレンジアミン
C−8:TPA−B80E(旭化成ケミカルズ社、HDI系ブロックイソシアネート、固形分80%、有効イソシアネート含有量12.3%)
C−9:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン
C−10:3−アミノベンゼンスルホン酸エチル
C−11:5−ニトロイソフタル酸と2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールを2:1で混合した包接化合物
c−1:オクチルアミン
調製した感放射線性樹脂組成物及び後述の形成した硬化物について下記の評価を行った。結果を表1にあわせて示す。
得られた感放射線性樹脂組成物を40℃のオーブン中で1週間放置し、加温前後の粘度を測定し、粘度変化率(%)を求めた。このとき、粘度変化率を保存安定性とし、5%以下である場合に保存安定性が良好と判断し、5%を超える場合に保存安定性が不良と判断した。粘度は、E型粘度計(VISCONIC ELD.R、東機産業社)を用いて25℃で測定した。
シリコン基板上にスピンナーを用いて、実施例及び比較例として調製した感放射線性樹脂組成物のいずれかを塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に幅10μmのライン・アンド・スペースパターンを有するパターンマスクを介して、水銀ランプによって所定量の紫外線を照射した。次いでテトラメチルアンモニウムヒドロキシド2.38質量%水溶液よりなる現像液を用い、25℃で60秒現像処理を行った後、超純水で1分間流水洗浄を行った。このとき、幅10μmのライン・アンド・スペースパターンを形成可能な最小紫外線照射量を測定した。この値が850J/m2未満の場合、感度が良好であると判断した。
シリコン基板上にスピンナーを用いて、実施例及び比較例として調製した感放射線性樹脂組成物のいずれかを塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に水銀ランプによって積算照射量が3,000J/m2となるように紫外線を照射した。次いで、このシリコン基板をホットプレート上で、実施例1〜13及び比較例1〜2については150℃、30分加熱した。比較例3及び4については150℃、60分加熱した。得られた硬化膜の膜厚(T1)を測定した。そして、この硬化膜が形成されたシリコン基板を、70℃に温度制御されたジメチルスルホキシド中に20分間浸漬させた後、当該硬化膜の膜厚(t1)を測定し、膜厚変化率を下記式から算出し、これを耐溶媒性とした。
膜厚変化率={(t1−T1)/T1}×100(%)
この値の絶対値が5%未満の場合に耐溶媒性は優良であると判断した。
耐溶媒性の評価で形成された硬化膜を有する基板について、JIS K−5400−1990の8.4.1鉛筆引っかき試験により、硬化膜の鉛筆硬度を測定し、これを表面硬度とした。この値が3H以上である場合、硬化膜としての表面硬度は良好であり、その硬化膜を形成するために用いた感放射線性樹脂組成物は十分な硬化性を有すると判断した。
SUS基板上にスピンナーを用いて、実施例及び比較例として調製した感放射線性樹脂組成物のいずれかを塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。キヤノン社MPA−600FA露光機を用いて、積算照射量が9,000J/m2となるように得られた塗膜を露光し、この基板をクリーンオーブン内にて150℃で30分加熱することにより、SUS基板上に硬化膜を形成した。蒸着法により、この硬化膜上にPt/Pd電極パターンを形成して誘電率測定用サンプルを作成した。この電極パターンを有する基板について、横河・ヒューレットパッカード社HP16451B電極及びHP4284AプレシジョンLCRメーターを用いて、周波数10kHzでCV法により比誘電率の測定を行った。この値が3.9以下のとき、誘電率は良好であると判断した。
Claims (6)
- [A](A1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1種と、(A2)エポキシ基含有不飽和化合物とを共重合してなるアルカリ可溶性樹脂、
[B]キノンジアジド化合物、並びに
[C]下記式(1)で表される化合物、下記式(2)で表される化合物、アミン塩、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物、ケチミン化合物、ブロックイソシアネート化合物、イミダゾール環含有化合物及び包接化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤
を含有する感放射線性樹脂組成物。
(式(1)中、R1〜R6は、それぞれ独立して水素原子、ニトロ基、アルキルオキシスルフォニル基、トリフルオロメチル基又はアミノ基である。但し、R1〜R6のうち少なくとも1つはニトロ基、アルキルオキシスルフォニル基又はトリフルオロメチル基であり、かつR1〜R6のうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
式(2)中、R7〜R16は、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R7〜R16のうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。Aは、単結合、カルボニルオキシ基、カルボニルメチレン基、スルフィニル基、スルホニル基、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。但し、上記メチレン基及びアルキレン基は、水素原子の全部又は一部がシアノ基、ハロゲン原子又はフルオロアルキル基で置換されていてもよい。) - [C]硬化剤が、上記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜の形成に用いられる請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
- (1)請求項1、請求項2又は請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を焼成する工程
を有する硬化膜の形成方法。 - (4)工程の焼成温度が200℃以下である請求項4に記載の硬化膜の形成方法。
- 請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜。
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